Как работает дифференциальный усилитель в электронике?
Привет! Как поставщик электронных компонентов, я своими глазами видел, как разные компоненты играют решающую роль в различных электронных схемах. Одним из таких важных элементов схемы является дифференциальный усилитель. В этом блоге я расскажу, как работает дифференциальный усилитель и почему он так полезен в электронике.
Что такое дифференциальный усилитель?
Дифференциальный усилитель — это тип электронного усилителя, который усиливает разницу между двумя входными сигналами, подавляя при этом любые синфазные сигналы. Проще говоря, он рассматривает разницу между двумя входными напряжениями и увеличивает эту разницу. Это очень удобно, поскольку в реальных сценариях часто присутствуют нежелательные сигналы, общие для обоих входов (синфазные сигналы), и мы не хотим, чтобы они влияли на наш выход.
Базовая структура и компоненты
Базовая схема дифференциального усилителя обычно состоит из двух транзисторов (либо биполярных транзисторов, либо полевых транзисторов), соединенных в определенной конфигурации. Давайте для простоты взглянем на версию биполярного переходного транзистора (BJT).
У нас есть два входных терминала, назовем их $V_{in1}$ и $V_{in2}$. Каждый вход подключен к базе транзистора. Эмиттеры этих двух транзисторов соединены вместе и обычно смещаются источником постоянного тока. Коллекторы транзисторов подключены к источнику питания через нагрузочные резисторы.
Как это работает: основы
Когда мы подаем на дифференциальный усилитель два входных напряжения $V_{in1}$ и $V_{in2}$, транзисторы реагируют на основе разницы между этими напряжениями.
Предположим, что два входных напряжения равны, т.е. $V_{in1}=V_{in2}$. В этом случае токи, протекающие через два транзистора, будут одинаковыми. Поскольку коллекторы подключены к нагрузочным резисторам, падение напряжения на этих резисторах также будет одинаковым. Итак, выходное напряжение, представляющее собой разность напряжений на двух коллекторах, будет равно нулю. Это отказ от синфазного сигнала.
Теперь, если $V_{in1}$ больше, чем $V_{in2}$, транзистор, подключенный к $V_{in1}$, будет проводить больший ток по сравнению с транзистором, подключенным к $V_{in2}$. Это вызывает большее падение напряжения на нагрузочном резисторе первого транзистора и меньшее падение напряжения на нагрузочном резисторе второго транзистора. В результате на выходе будет ненулевое напряжение, которое представляет собой усиленную разницу между $V_{in1}$ и $V_{in2}$.
Коэффициент отклонения общего режима (CMRR)
Способность дифференциального усилителя подавлять синфазные сигналы измеряется коэффициентом подавления синфазного сигнала (CMRR). Он определяется как отношение коэффициента усиления дифференциального режима ($A_d$) к коэффициенту усиления синфазного режима ($A_{cm}$).
[CMRR = \frac{A_d}{A_{см}}]
Высокий CMRR желателен, поскольку это означает, что усилитель может эффективно игнорировать синфазные сигналы и сосредоточиться на усилении дифференциального сигнала. Например, в высококачественном дифференциальном усилителе КССС может находиться в пределах 80 – 100 дБ.
Применение дифференциальных усилителей
Дифференциальные усилители имеют широкий спектр применения в электронике.
- Инструментальные усилители: Они используются в измерительном и испытательном оборудовании. Им необходимо усиливать небольшие дифференциальные сигналы, подавляя при этом синфазный шум, который может присутствовать в среде измерения. Например, в схеме датчика температуры дифференциальный усилитель может усиливать небольшую разность напряжений, генерируемую датчиком, игнорируя при этом любые электрические помехи, присутствующие на обеих входных линиях.
- Аудиосистемы: Дифференциальные усилители используются в предусилителях звука для улучшения соотношения сигнал/шум. Они могут подавлять любой шум или помехи, общие для обоих входных каналов.
- Системы связи: В системах связи дифференциальные усилители используются для усиления дифференциальных сигналов, передаваемых по кабелям на большие расстояния. Это помогает снизить воздействие электромагнитных помех (EMI) и перекрестных помех.
Наши электронные компоненты для дифференциальных усилителей
Как поставщик электронных компонентов, мы предлагаем различные компоненты, которые можно использовать в схемах дифференциальных усилителей. Например, у нас есть высококачественные резисторы и конденсаторы, необходимые для смещения транзисторов и настройки коэффициента усиления усилителя.
У нас также есть большой выбор транзисторов, как BJT, так и FET, которые можно использовать для создания дифференциальных усилителей. Эти транзисторы имеют отличные рабочие характеристики, такие как высокий коэффициент усиления и низкий уровень шума, которые имеют решающее значение для хорошо функционирующего дифференциального усилителя.
Кроме того, мы предлагаем некоторые конденсаторы, которые можно использовать в соответствующих цепях. Ознакомьтесь с нашимКонденсатор двигателя переменного тока CBB65,Стартовый конденсатор CD60, иCBB61 Пусковой конденсатор двигателя переменного тока. Хотя они в основном предназначены для двигателей, их также можно использовать в некоторых цепях питания или фильтров, которые являются частью более крупной системы, содержащей дифференциальные усилители.
Почему стоит выбрать наши компоненты?
Наши компоненты поставляются надежными производителями и проходят тщательные испытания, чтобы гарантировать высокое качество и производительность. Мы понимаем важность наличия компонентов, которые стабильно работают в электронных схемах, особенно в таких важных приложениях, как дифференциальные усилители.
Мы также предлагаем конкурентоспособные цены и отличное обслуживание клиентов. Являетесь ли вы любителем, создающим небольшой проект, или профессиональным инженером, работающим над крупномасштабным проектом, мы здесь, чтобы помочь вам найти компоненты, подходящие для ваших нужд.
Давайте пообщаемся и обсудим ваши закупки
Если вы ищете электронные компоненты для схем дифференциального усилителя или любых других проектов, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы более чем рады обсудить ваши требования, предоставить техническую поддержку и предложить конкурентоспособные предложения. Если вам нужно небольшое количество для прототипирования или крупномасштабный производственный заказ, мы предоставим вам все необходимое.
Ссылки
- Горовиц П. и Хилл В. (1989). Искусство электроники. Издательство Кембриджского университета.
- Седра, А.С., и Смит, К.К. (2015). Микроэлектронные схемы. Издательство Оксфордского университета.